Устройство для определения фазового сдвига радиочастотных сигналов Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

И-эобретение относится к измерительной и плазменной технике и может быть использовано в фазометрах для определения временного и пространст- венного распределения концентрации плазмы в составе СВЧ и лазерных интерферометров j а также в устройствах, измерительной техники, где необходимо непрерывно измерять фазу сигнала в диапазоне, превьшаняцем 2, в условиях интенсивных помех

Цель изобретения - повышение поме хоустойчивостио

На фиг«1 представлена блок-схема устройствaj на фиг,2 BpeMeHHbie диаграммы работы блока подсчета изменений фазы от О до на фиг.З - временные диаграммы работы блока подсчета изменений фазы свьше 21, на фиг.4временные диаграммы работы блока подсчета изменений фазы свьше 2 Г при .. воздействии помех, на фиг,5 - функциональная схема устройства.

Устройство содержит формирователи t и 2 импульсных сигналов, выходы ко- торых соединены с входами RS-тригге- ра 3, выходом соединенного с входом блока 4 преобразования длительность - код (ПДК)« При этом КБ-триггер 3 и ПДК 4 образуют блок 5 подсчета изменений фазы от О до выход блока 4 соединен с входом блока 6 подсчета изменений фазы свьше 2/, соединенного также с входами порогового узла 7 сравнения с низким порогом и порогового узла 8 сравнения с высоким порогом, при этом выходы узлов 7 и 8 соединены с входами узла 9 вьщеления изменения фазы свыше 2/, выходы кото- рого соедине1-1ы с входами реверсивного счетчика 10, выход которого соединен с одним входом блока 11 переключения диапазона, другой вход которого соединен с выходом ПДК 4, а выход с вхо- дом цифроаналогового преобразователя .(ШШ) 12,

Блок 4 преобразования длительность - код содержит 1 -триггер 13 синхронизации один вход которого соединен с выходок RS-триггера 3, а второй - с выходом задающего генератора, 14 через делитель 15 частоты, при этом инверсный выход В триггера 13 соединен через ключ 16 с С-входом синхронного счетчика 17 на 64, R-вход которого соединен с входом ключа 16, а выходы с входом регистра 18, тактовый вход которого соединен с пря

е . 0

5 о

5 , Q

5

0

мым выходом D-триггера 13, а выход - с выходом блока 5 подсчета изменений фазы от О до , при этом второй вход кпвоча 16 соединен с выходом задающего генератора 14, а блок 6 подсчета изменений фазы свьппе 2 F содержит узлы 7 и 8, вторые входы которых соединены с кодовыми входами установки области контроля, а выходы - с входами элементов 19 и 20 задержки соответственно и входами элементов И 21 и 22, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика 10, а вторые входы - с выходами элементов 9 и 20 задержки, вход блока 6 соединен через интерфейсный блок 23 с тинами ЭВМ, вывод информации с ЦАП t2 осуществляется через усилитель 24 мощности, а опорный сигнал поступает на формирователь 2 с делителя 25 частоты на 32, входом соединенного с делителем 15, На фиг,2-4 введены обозначения: ОК - выход формирователя 2; ИК - выход формирователя 1; RS - cut- нал на выходе RS-триггераj СС1 - порог узла 8; СС2 - порог узла 7; а - выход узла 8; б - выход узла 7; в - сигнал на выходе элемента 19 задержки г - сигнал на выходе элемента 20 задержки; д - сигнал на выходе элемента И 21; е - сигнал на выходе элемента И 22,

Устройство работает следугощим образом.

Помехи, воздействующие на устройство определения фазового сдвига радиочастотных сигналов, проявляются в изменении регулярности импульсов измерительной последовательности, сравниваемой в устройстве по фазе с внутренней опорной последовательностью. В нормальных условиях на каждый импульс опорной приходится один импульс измерительной последовательности, их фазовые соотношения меняются монотонно во времени (не более 10% за период), Таким образом помеха проявляется в появлении лишних импульсов в измерительной последовательности либо пропадании рабочих импульсов,

По переднему фронту импульса, пришедшего раньше рабочего импзгльса измерительной последовательности, выра- батьшается короткий, 5 не, импульс в формирователе 1 импульсной последовательности (ФИП), которьгй переключает RS-триггер 3 блока 5 подсчета изменений фазы 0-2 и раньше рабочего импульса (фиг.2), Это вызьгаает более короткий, чем ожидаемое значение, выходной -импульс RS-триггера 3 и после его оцифровки уменьшенное значение выходного цифрового кода ПДК 4.

В условно-аналоговом виде это скачкообразное изменение сигнала вниз изображено на фиг,4. В зависимости от величины предшествующего значения фазы и амплитуды этого изменения возможны два варианта. Если скачкообразно изменившийся сигнал пересекает лишь один порог сравнения, срабатывает только один узел 7 или 8 сравнения в блоке 6 подсчета изменений фазы свыше 2Л, блок 6 подсчета изменений фазы свыше 2Т не срабатывает и на вход реверсивного счетчика tO импульс не поступает - помеха подавлена. Если скачкообразно изменившийся сигнал пересекает оба порога узлов 7 и 8 сравнения, схема отрабатьшает его как рабочий импульс и изменяет показания счетчика 10 на единицу, В сле- дуняций же такт опорной последовательности на выходе RS-триггера 3, имеется правильное, без помехи, определение фазы, выходной код блока 5 подсчета изменений фазы 0-2 возвращается к истинному значению, что вызывает обратное скачкообразное изменение сигнала, пересеканщее оба порога, и на счетчик tO поступает импульс, изменяющий его показания на единицу в обратную сторону, т.е. воздействие помехи нейтрализуется, схема восстанавливает истинное значение фазы,

В соответствии с принципом работы интерферометра вьщеленный из СВЧ детектора сигнал, содержащий информацию о концентрации плазмы в виде фазы сигнала и по частоте, приблизительно равный опорной частоте, поступает на устройство определения фазового сдвига,

(Импульсы опорной последовательности ползгчены делением тактовой частоты в 32 раза делителем 25,

ФПИ 1 и 2 по положительным фронтам импульсов ИК и ОК вырабатывают корот™ киеу 5-to НС, импульсы, необходимые для увеличения разрешающей способности блока подсчета 0-21Г, принцип действия ФПИ основан на использовании задержки логических элементов. Блок 5, изменякнций фазу импульсов ИК от-т носительно ОК, выполнен на RS-тригге- ре 3, преобразующем разность фаз 8

длительность импульса. D-триггер 13 осуществляет синхронную привязку выходных импульсов RS-триггера 3 к тактовой частоте устройства, а синхронный счетчик 17 на 64, уттравляемьй ключ 16 и регистр 18 образуют ПДК 4. Таким образом, на выходе регистра 18 присутствует код, соответствуюгщ-ш

фазе входного сигнала, смена информации регистра 18 блока 5 подсчета изменений фазы 0-2 происходит с частотой импульсов ОК, Счетчик 17 имеет объем в 6 двоичных разр$адов и запиты5 вается вдвое большей частотой заполнения, чем та, которой соответствуют импульсы минимальной длительности с триггера 13, а в регистр 18 считывается 5 старших разрядов счетчика 17 0 это обеспечивает большую устойчивость работы блока 5 подсчета, так как устраняет дрожание информации в младших разрядах.

Цифровой код на выходе блока под5 счета изменений фазы 0-21 содержит - всю информацию, описьгоающую изйенение фазы, если набег фазы превьш1ает 21, то в выходной информации наблюдаются резкие изменения величины сигнала

0 (на .величину ir2 0, чередующиеся с монотонным изменением сигнала, причем вид пилообразной картины однозначно определяется изменением фазы во времени (фиг,3). Момент такого скачкообразного- изменения есть момент изменения фазы на 21, а его направление (от большего значения к меньшему или наоборот) означает, что фаза увеличилась или уменьшилась на 2 /Г (скачко- образное изменение от большего к меньшему соответствует увеличению фазы на 21Г) . Воспользовавшись этим правилом, можно по.выходной информации восстановить общую монотонную картину изменения фазы во всем диапазоне (сколь угодно превьш1аю цем 2. Этой цели служит блок 6 подсчета изменения фазы .свыше 2 |7, подсчитывающий число переходов фазы через 21Т в течение всего времени измерения, С этой целью цифровой код с выхода блока 5 0-21 подается на два пороговых узла 7 и 8 сравнения, где сравнивается с двумя порогами: с верхним, который соответствует ,.и с нижним, который соответствует (Г/З, Выходные сигналы узлов 8 и 7 задержи- ваются на элементах 19 и 20 задержки на время dt 40 не, после чего вы5

0

5.

0

ходкой ci-iriiaj :/::5ла 7 сравпинается на предмет вре п8И1того соЕпадения с задержанным еил наиом от узда. 8 к наоборот, сиг Нал узла 8 - с задержанным сигналом от узла 7 на элемеитак И 21 и 22.

Даложйниг проискодит только в ио -гакт скачкообразного изменения сигкяла ка врем 4с (фиг,Л),; причем налонекие гфоисхсл кт Е элементе И 21, если скачкообразное изг дале- иие сигкапа от бол1.1 -аг-о зкс чення к меньшему,, и л sj er-teHTr 2Z,, зсль направленна скачка бьшо : братнкм Вкодные импульсы поя чкт лваются в вереивном счетчике 10. к на его вы- ходе получаете:;: цифровой ксзги CJOOT- ввтству Ш((11Й кс личесч З ч ггег екодов фазы через 2К лачилая мсиснта нгча- па нзмеренн : (,ци;е.и пзг.:-г-;г-: ;-г;,;я ,-,..2,ч15яа--- ется с обнуления с четчкка

Объединяя вьп-;с;д11Ь й ксгщ и 6 подсчета пзме анг-ш фа- 10 -разрядкь й код, сяи СЬ Паю лий изменение фазы от О до 64 прл кинимальном дискрете Wt6,.

Процедура функционирозашгя блока 6 подсчета фазы 2 f ; юже г быть реалкзозака к npcrpaKr-fKHEvj обрезок Б ЗВМ, ,Цля восстаковлепия полной карти- 5Ш хода KpHiieHTpai K плазг-м во вре - мени Б ЭЗМ доата.точно зйл; сьпгть только ;-;нфс-г,:г-;:1г; -пс с 1 ЫХ:.::До, блэка всего 5 -разрядноа слово, а ке 10 разрядов пеобходя ьтх для опииа- нйя всего сигнала. об- pasoMj экономится емкость оперативкь1х запоминающих устройств и увеличивается быстродействие каналов связи „ .Для связи с ЭВМ слу5кит блик 23о

Для тювьшения зксплуатацнониьк удобств устройство содерчогг блок 11 переключекия диапазонов, комбинатщокным устройством сдвига; н .лодклвочагонртй вхсдньге разряды к дам в соответствии с у1таааляйИ км ко- доМэ изменяя з соответетзви с ним уделькьй вес вьУ4одных ргарядов,, С выхода блока И дкод фазы 7одается на ЦМ1 12,, где пресбраЕуется в анапого- вый сигнал, который усилитель 24 мощности подазтсл на внешний регистратор дяя ан:ялиза;,

Такиг образом устройство позволяет увеличить нокежоустойчизость за счет нечувстБительнсстк к помеиам одного к Еосс ; анс;:и1ения истинного значения вьпсодкой информации при воздействии помех другого вида.

Кроме того, предлагаемое устройство имеет не только аналоговый вы- йод но и цифровой канал связи с ЭВМ, Гфичем выбор последовательного способа соединения блоков 5 и 6 подсчета изменений фазы и описанной процедуры выделения изменения фазы более чем на 21Г позволяет ограничиться записью пяти ра.зрядов информации вместо 10 разрядов, опршывающих весь диапазон, отпа,дает проблеиа выбора диапазона изменеНИЛ о

о

изобретения

0

0

5

а

1S Устройство для определения фазового сдвига рс1д,иочастотнь х сигна- . лоз а содержал1;ее первьш и второй фор- :1;-йФоватепи импульсных сигналов, выходы которых соединены с входами- блока подсчета изме}гений фазы от О до 2Я5 вь ход,ы которого соединеьгы с вхо- блока подсчета целого числа циклов содержащего реверсивный счетчик,, а выходы блоков подсчета измейе- ц:-щ фазы от О до 21Г и целого числа циклов i ff через блок переключения диапазонов соединены с входами цифро- аналогового преобразователя S о т л и- ч а ю щ е е с я теМз что с целью повышения помехоустой чивости, блок псдсчета нз ;енеш1й фазы от О до 21Г выполнен в виде КЗ- триггера, соединенного с входом преобразователя длительность - koAj а в блок подсчета цел.ого числа щ-котов 21 дополнительно введены два пороговых узла, входы которьк соединены с вxoдo f блока подсчета целого числа, циклов 2, а вы- ходь с входа.ми дополнительно введенного узла выделения изменений целого числа циклов 21Г, выходы которого соединены соответственно с входами реверсивного счетчика, выход которого является выходом блока под счета, целого числа .циклов 2 П,

2, Устройство поп.1,отлича- ю щ е е с я тем, что узел выделения изменений числа.циклов 21Г со- , дерлчит первый и второй элементы задержки, выходы которых.соединены с первыми входами первого и второго злементов И, выходы которых соединены соответственно с входами реверсивного

714309038

счетчика, а вторые входы -. с входами первого пороговых узлов, вторые входы соответственно второго и первого эле- которых соединены с клеммами задания ментов задержки и выходами второго и области анализа перехода.

Изобретение относится к измерительной и плазменной технике и может быть использовано в фазометрах для определения временного и пространственного распределения концентрации плазмы в составе СВЧ лазерных интерферометров, а также в устройствах измерительной техники, где необходимо непрерывно измерять фазу сигнала в диапазоне, превышающем 2 в условиях интенсивных помех. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости. Устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсных сигналов, RS- триггер 3, блок 4 преобразования дли- тельности в код. При этом триггер 3 и блок 4 образуют блок 5 подсчета изменения фазы от О до 2(i , Кроме того, устройство содержит блок 6 подсчета изменения фазы свыше 2/, блок 7 срав- нения с низким порогом, блок 8 сравнения с высоким порогом, блок 9 вьде- ления фазы свыше 21, реверсивный счетчик to, блок 11 переключения диа- g пазона, цифроаналоговый преобразователь 12. Устройство повьшает помехоустойчивость снижения чувствительности к помехам одного вида и восстановления истинного значения выходной информации при воздействии помех другого вида. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

фаг.2

СС2 -iTz:

t

. t

t

t

фигз

Фиг

7СС/

Редактор Л.Пчолинская Эаказ 5339/48

Составитель МаКатанова

Техред М.Дидык Корректор М.Шароши

.Тираж 772Подписное

ВПИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб., д. 4/5